KR0138278B1 - 엑스레이 리소그래피용 마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents
엑스레이 리소그래피용 마스크 및 그의 제조방법Info
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Abstract
엑스레이 리소그래피용 마스크 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명에 따른 마스크는 제 1실리콘기판에 마스크패턴을 형성하고 마스크 패턴을 보호하기 위해 마스크패턴 위에 산화막을 도포하고 부재가 형성될 제 2실리콘기판과 접착시킨 후 제 2실리콘기판을 그라인딩과 폴리싱의 방법으로 박막화한다. 이때 그라인딩과 폴리싱에서의 식각량에 따라 부재의 두께를 조절할 수 있다.
따라서 부재의 형성이 마스크패턴형성 후이므로 마스크패턴공정에 의한 마스크변형 및 파손을 방지할 수 있고 부재의 두께도 임으로 조절할 수 있다.
Description
1A도 내지 제 1D도는 종래의 방법에 따른 엑스레이 리소그래피용 마스크의 제조공정을 나타내는 단면도들이다.
제 2A도 내지 제 2D도는 종래의 다른 방법에 따른 엑스레이 리소그래피용 마스크의 제조공정을 나타내는 단면도들이다.
제 3도는 본 발명에 따른 엑스레이 리소그래피용 마스크의 단면도를 나타낸다.
제 4A도 내지 제 4H도는 본 발명에 따른 엑스레이 리소그래피용 마스크의 제조공정을 나타내는 단면도들이다.
본 발명은 반도체장치의 형성공정 중의 리소그래피에 관한 것으로, 특히 엑스레이 리소그래프용 마스코와 그의 제조방법에 관한 것이다.
마이크로회로의 전기소자나 고집적반도체 장치는 불순물을 실리콘기판의 소정영역에 도핑하고 이들 영역을 연결시키거나 단락시키는 공정에 의해 형성된다.
그런데 소자영역을 정하는 패턴은 리토그래피에 의해 만들어진다. 리소그래피는 감광막을 이요하여 자외선에 노출된 부분 또는 노출되지 않은 부분을 현상하는 광학적 리소그래피와 전자빔, 이온빔 또는 엑스레이를 이용하는 리소그래피가 있다. 리소그래피에서 패턴된 상을 실리콘웨이퍼에 전사하는 마스크의 특성은 해상도, 패턴정합력(pattern registration capability) 등에 의해 결정된다. 그런데 광학적 리소그래피에 의해서는 패턴의 해상도 및 패턴정합력이 각각 1마이크로 미처, ±3마이크로미터로 한정되므로 반도체 장치의 고집적화 추세에 부응하는데 한계를 가진다. 따라서 패턴전사력을 항상시키기 위해 전자빔, 이온빔 또는 엑스레이리소그래피가 이용되고 있다. 전자빔리소그래피는 실행이 경제적이지 못하고, 해상도가 레지트와 기판에서의 전자빔의 산란에 의해 제한되는 문제가 있으며 이온빔리소그래피에서는 사용될 수 있는 이온을 얻기가 쉽지않다는 문제가 있다.
엑스레이리소그래피는 장주기에서 조사환경에 의해 해상도가 제한되지만 광학적 리소그래피나 전자리소그래피에서 발생하는 초점문제, 반사 및 산란효과를 제거할 수 있으며 고해상도 및 다량의 처리량을 갖는 등의 이점이 있다.
제 1A도 내지 제 1D도는 종래의 방법에 따른 엑스레이 리소그래피용 마스크의 제조공정의 단면을 나타낸다.
제 1A도는 실리콘웨이퍼에 지지대인 글라스링(1)을 붙이는 것을 나타낸다. 실리콘웨이퍼(3)에 보론이 도핑된 실리콘에피택시층(5)이 형성되어 있다. 글라스링의 중앙부는 습식식각에 의해 제거되어 개구부(7)를 형성하고 두 부분으로 된 지지대가 형성된다. 두 부분 사이의 폭은 실리콘웨이퍼와 글라스링과의 접촉면에서 보다 글라스링의 하부에서 더 크다.
제 1B도는 마스크패턴의 하부지지막을 형성하는 것을 나타낸다. 실리콘웨이퍼 전면에 질화물을 증착하여 질화물층(9)을 형성한다. 다음 글라스링의 개구부(7)에 의해 노출되는 실리콘웨이퍼의 일부를 식각한다. 이때 보론이 도핑된 층(5)과 질화물층(9)은 식각되지 않고 남아 있어 패턴의 정보를 운반하는 엑스레이 흡습층을 지지하기 위한 하부지지막을 형성한다.
제 1C도는 실콘웨이퍼 상면에 레지스트 패턴을 형성하는 것을 나타낸다. 50Å의 크롬과 100Å의 금을 증발시켜 실리콘기판 위에 증착하고 그 위에 레지스트를 도포하고 전자빔이나 엑스레이를 이용하여 감광 및 현상공정으로 마스크를 패턴을 형성한다.
제 1D도는 포토레지스트패턴을 식각방지막으로하여 건식식각방법으로 엑스레이 흡수층을 형성 한후 포토레지스트막을 제거하는 것을 나타낸다.
엑스레이흡수층은 패턴정보를 운반하는 것으로 고밀도와 고임피던스를 가져야 하므로 금, 텅스턴이나 탄탈륨 등을 사용한다. 여기서는 금을 사용한다. 엑스레이를 이용한 마스크를 제조하는 종래의 다른 방법이 제 2A도 내지 제 2D도에 나타나 있다.
제 2A도는 글라스디스크에 실리콘층을 형성하는 것을 나타낸다. 글라스디스크는 전체로는 육면체 형태인데 하부 중앙부는 오목하게 되도록 식각된다. 이 오목부분(만입부분:23)의 폭은 실리콘디스크의 상면에 가까울수록 작아지며 오목부분의 상면으로부터 실리콘디스크의 상면은 소정 거리 떨어져있다. 다음 디스크 전면에 다결정실리콘층을 증착하고 다결정실리콘을 재결정화하여 실리콘결정층(25)을 형성한다.
제 2B도는 엑스레이마스크부재(membrance)를 형성하는 것을 나타낸다. 구체적으로, 실리콘결정층(25)중 오목부분의 상면(25a)을 식각하여 차(27)을 형성한다. 다음 이를 통해 실리콘디스크를 식각하는데, 디스크상면 상의 재결정층이 노출되지 않도록 한다.
제 2C도는 엑스레이흡수층과 레지스트패턴을 형성하는 것을 나타낸다. 실리콘디스크 상면에 크롬/텅스턴/크롬의 합성층(31)을 증착한다. 다음 전자빔레지스트막을 도포한 뒤 소정부분을 식각하여 패턴(33)을 형성한다.
제 2D도는 마스크를 완성하는 것을 나타낸다. 상기의 합성층은 건식긱각을 받게된다. 레지스트 패턴(33) 하부에 위치하는 합성층만이 식각을 받지 않으므로 레지스트 패턴(33)와 그 영역 하부의 합성층만 남는다. 다음 재결정층 상면에 존재하는 합성층과 레지스트패턴(33)를 제거하면 원하는 마스크패턴이 된다.
이 방법은 전자의 방법에 비해 실리콘기판을 습식식각하는 공정 및 에페택시성장공정을 생략하므로 경제적이며 실리콘을 글라스에 본딩시키는 공정을 하지 않는 장점이 있다.
그런데 제 1A도 내지 제 1D도의 방법과 같이, 엑스레이마스크 부재를 형성한 후에 마스크패턴을 형성한다. 엑스레이마스크부재는 실리콘웨이퍼의 식각이나 실리콘디스크의 식각에 의해 이루어지며 그 두께가 1 -2마이크로미터로 극히 얇다. 따라서 원하는 두께의 제어가 용이하지 않아 원하는 두께를 가진 엑스레이마스크부재의 형성에 많은 제약이 있으며 레지스트의 패턴형성 및 엑스레이흡수층의 식각 등의 후속공정이 제한을 받게된다.
또한 제1 및 제2 방법은 엑스레이마스크부재로서 실리콘애피택시층 이거나 재결정된 실리콘을 이용한다는 점이다. 실리콘에피택시형성공정은 비용이 많이 들며, 재결정화는 이를 위해 재결정화에 필요한 온도까지 가열해야한다. 그런데 재결정화는 실리콘글라스위에서 이루어지므로 부재의 경직도(stiffness)가 떨어진다.
따라서 본 발명의 목적은 엑스레이마스크부재의 두께를 제어할 수 있는 마스크 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 소정 소자의 패턴을 형성하기 위한 엑스레이를 이용한 반도체 장치의 마스크는, 상기 소자의 폭보다 큰 폭을 가지며 소정 두께를 가지는 엑스레이마스크부재, 상기 소자의 폭에 해당하는 폭을 가지며 상기 엑스레이마스크부재의 하부 일부영역에 형성되어 상기 패턴의 정보를 실리콘기판으로 운반하기 위한 마스크패턴, 상기 마스크패턴의 좌우에 위치하고 상기 엑스레이마스크부재의 하면에 형성되며 상기 마스크패턴의 두께보다 두꺼운 한 쌍의 산화막, 및 상기 한쌍의 산화막 하면과 접촉하며, 상기 산화막의 하면과 각각의 측면이 이루는 각이 예각인 한쌍의 지지대를 가진다.
또한 이러한 구조의 마스크를 제조하는 방법은, 소정 두께를 가지는 제 1 실리콘기판 일부에 엑스레이 흡수층을 도포하고 패턴하여 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 1실리콘기판 전면에 제 1산화막을 상기 흡수층 두께보다 두껍게 증착하는 단계, 마스크창보호층이 형성된 제 2실리콘기판을 상기 산화막과 접착시키는 단계, 상기 제 1실리콘기판을 그라이딩과 폴리싱으로 된 단위공정을 이용하여 원하는 두께로 박막화하는 단계, 상기 마스크창보호층의 일부 및 제 2 실리콘기판의 일부를 제거하여 마스크창을 형성하는 단계, 및 외부에 노출된 마스크창보호층 및 제 1사화막의 소정부분을 제거하여 상기 마스크패턴을 노출시키는 단계를 구비한다.
여기서, 상기 마스크창보호층은 상기 제 2실리콘기판의 사방측면에 형성된 산화막이고 열산화 등에 의해 형성된다. 또한 상기 폴리싱단계가 선택적 물리/화학학 폴리싱으로 이루어진다. 상기 마스크창형성단계에서 식각되는 마스크보호층의 폭은 상기 마스크 패턴의 폭보다 커야하며 상기 마스크창형성단계에서 식각되는 제 2실리콘기판의 식각폭은 식각이 진행됨에 따라 작아지고 상기 마스크패턴에 해당하는 폭에서 식각이 끝난다. 부가적으로 상기 박막화단계 후에 박막화된 제 1실리콘기판의 사방측면에 제 2산화막을 형성할 수 있고 이는 열산화나 화학기상증착에 의해 형성된다. 이에 따라 마스크 패턴노출단계에서 외부에 노출된 상기 제 2산화막을 제거하는 단계를 더 구비한다.
따라서 엑스레이마스크부재의 두께를 임으로 조절할 수 있게되고, 마스크패턴이 부재형성 전에 형성되고 마스크패턴이 산화막에 의해 보호되고 마스크제조의 최후공정에서 노출되므로 마스크패펀의 정보전달특성이 영향을 받지 않는다.
본 발명에 따른 일실시예를 제 3도 및 제 4A도 내지 제 4H도를 참조로 상세히 설명한다.
제 3도는 본 발명에 따른 엑스레이 리소그래피용 마스크의 단면도를 나타낸다.
단결정실리콘의 엑스레이 부재(40) 중앙부에는 마스크 크기(칩의 크기:1)의 개구부가 하부를 향해 형성되어 있다. 여기서 엑스레이의 진행방향(제 1방향)과 개구부의 방향(제 2방향)은 반대로 개구부를 통해 엑스레이마스크부재로 엑스레이가 입사된다. 이 개구부의 일측면과 접하고 상기 엑스레이마스크부재의 하부에 형성된 산화막(44)이 있다. 상기 개구부내에는 액스레이를 흡수하는 마스크패턴(42)이 있다. 이 패턴은 보통 금, 텅스턴이나 탄탈륨 등을 사용하여 형성한다. 마스크패턴(42) 및 산화막(44)은 제 1 실리콘웨이퍼 위에 제 2방향으로 형성된다. 상기 산화막(44)은 마스크지지대(46)와 접하여 접착면(56)을 형성한다. 마스크지지대(46)는 제 2실리콘웨이퍼에 형성된 것으로 개구부를 중심으로 좌우에 위치한다. 마스크지지대의 내측면(경사면)은 경사져 있으며 접착면(56)과 일정한 예각을 이룬다. 이때의 각을 습식식각각(θ)이라 한다. 완성된 마스크에 엑스레이(58)가 개구에 입사된다. 마스크패턴(42)이 형성된 부분에서는 엑스레이가 통과하지 않고 부재가 노출된 부분을 통해 엑스레이가 통과되어 반도체장치의 소자의 패턴을 형성한다.
제 4A도는 마스크패턴을 형성할 물질을 도포하는 단계를 나타낸다. 단결정의 실리콘기판(41) 전면에 엑스레이를 흡수할 막(43)을 형성한다. 텅스턴이나 탄탈륨등은 실리콘상에 바로 증착되므로 블랭킷트증착하고 금과 크롬등은 포토리지스트로 네거티브 포토리소그래피한 후 증착한다. 이 흡수층의 두께는 100Å - 200Å 정도이다.
제 4B도는 마스크이 패턴닝단계를 나타낸다. 에스레이 흡수막(43)을 마스크를 이용하여 소정부분 식각하여 패턴을 형성한다. 엑스레이 리소그래픽에서는 엑스레이의 조준이 어렵기 때문에 마스크의 사이즈가 칩의 사이즈와 같다.
제 4C도는 산화막(45)의 증착 및 평탄화단계를 나타낸다. 추후의 웨이퍼접착공정과 식각공정시에 마스크패턴(42)을 보존하기 위해 마스크패턴 전면에 화학기상증착에 의한 산화막(45)을 형성한다. 이때의 산화막의 두께는 상기의 마스크패턴(42)의 두께보다 크다. 다음 추후의 접착공정에서의 특성개선을 위해 산화막이 증착된 실리콘기판을 평탄화한다. 사실상 엑스레이를 흡수하는 마스크패턴의 두께가 100 -200Å이므로 특별한 평탄화단계는 요구되지 않는다.
제 4D도는 다른 실리콘웨이퍼(제 2실리콘웨이퍼)와 상기 마스크패턴이 형성된 실리콘기판(제 1실리콘웨이퍼)을 접착시키는 단계를 나타낸다. 제 2실리콘웨이퍼 사방 측면에 5000Å정도의 산화막(49)을 형성한다. 이를 제 1실리콘기판과 접착시켜 증착된 산화막(45) 또는 평탄화막 전면과 제 2실리콘웨이퍼의 산화막(49)의 일면은 접착면(56)을 형성한다. 다음 접착면(56)의 보이드의 제거를 위해 1100℃의 열처리를 한다. 마스크패턴층을 크롬으로 사용한 경우에는 크롬의 용융점이 1803℃이므로 추후의 열처리에 대해 영향을 받지 않으나 금을 사용한 경우는 금의 녹는점이 1063℃이므로 열처리 온도를 낮추어 실시해야한다. 물론 접착공정의 특성이 좋은 경우는 추후의 열처리는 행하지 않아도 된다.
제 4E도는 엑스레이마스크부재를 형성하는 단계를 나타낸다. 제 1실리콘웨이퍼의 외부에 노출된 부분을 그라인딩과 폴리싱공정을 이용하여 제 1실리콘웨이퍼를 박막화하여 엑스레이마스크부재(40)를 형성한다. 이때 선택적 CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 하면 1000Å까지는 균일한 두께를 가지는 SOI(Silicon on lnsulator)층을 형성할 수 있으며 그라인딩 및 폴리싱공정에서의 식각량을 조절함으로서 부재의 두께를 수백 Å에서 수 νm 까지 조절할 수 있다.
제 4F도는 마스크창보호층을 식각하는 단계를 나타낸다. 추후의 실리콘식각공정 시 부재를 보호하기우해 열산화 또는 화학기상증착 등의 방법을 이용하여 부재의 사방 측면에 캡핑산화막(51)을 형성한다. 다음 포토리소그래피를 이용하여, 접착면(56)과 평행하며 제 2 실리콘웨이퍼상에 형성된 산화막(49)의 소정부분이 식각되어 개구부(52)를 형성한다. 이때의 개구부(52)는 마스크창이 형성될 부분이며 개구부의 폭은 실제마스크가 형성된 폭보다 크다.
제 4G도는 마스크창 형성단계를 나타낸다. 개구부(52)에 의해 노출된 제 2실리콘웨이퍼는 KOH를 에천트로하여 습식식각되어 마스크창(54)을 형성한다. 이때 제 1실리콘웨이퍼의 산화막(45)과 접하는 캡핑산화막은 식각되지 않게 한다. 식각에 의한 마스크창(54)의 폭은 제 2실리콘웨이퍼의 식각의 진행과 함께 작아지며 식각이 끝날때는 마스크패턴의 폭에 해당한다. 제 2실리콘웨이퍼의 잔존하는 부분(46)은 마스크의 지지부로 마스크창(54)을 중심으로 좌우에 배치된다. 지지부의 일측면은 산화막(49)이 형성되어 있지 않으며 이부분으로부터 제 2실리코웨이퍼의 상면 산화막(49)까지의 각은 45도가 된다. 이는 제 4F도의 마스크창보호층의 폭에 의해 결정된다.
제 4H도는 마스크패턴을 노출시키는 단계를 나타낸다. 외부에 노출된 산화막은 식각공정에 의해 제거된다. 즉 제 1실리콘웨이퍼에 형성된 캠핑산화막(51)과, 마스크창에 의해 노출된 제 2실리콘웨이퍼의 산화막(49)과 그 와 접착된 산화막(45) 및 마스크지지대를 감싸는 산화막(45)중 외부에 노출된 부분이 제거되어 마스크패턴이 엑스레이의 입사방향으로 노출된다.
이상에서, 엑스레이 마스크패턴이 형성된 후에 엑스레이마스크 부재를 형성하므로 종래에 문제되었던 부재의 특성이 후속 공정에 의해 영향을 받거나 파손될 가능성이 배제되었다. 또한 부재의 형성은 실리콘웨이퍼의 그라인딩과 폴리싱 단계를 반복하는 것으로 이루어지므로 부재의 두께를 임으로 조절할 수 있다.
또한 본 발명에서는 단결정실리콘층을 부재층으로 사용하였으므로 재결정을 위한 열처리가 필요하지 않아 엑스레이 부재의 경직도와 엑스레이의 투과특성을 개선할 수 있다.
본 발명을 일실시예를 들어 한정적으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 사상의 범위 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 본원 발명에 대한 각종 변형이 가능함은 자명하다.
Claims (9)
- 소정 소자의 패턴을 형성하기 위해 엑스레이 리소그래피용 마스크를 가지는 반도체 장치에 있어서, 상기 소자의 폭보다 큰 폭을 가지며 소정 두께를 가지는 부재; 상기 소자의 폭에 해당하는 폭을 가지며 상기 엑스레이가 입사되는 상기 부재의 일부영역에 형성되어 상기 패턴의 정보를 실리콘기판으로 운반하기 위한 마스크 패턴; 상기 마스크패턴의 좌우에서 상기 마스크패턴과 평행하게 위치하고 상기 마스크패턴의 두께보다 두꺼운 한 쌍의 산화막; 및 상기 한쌍의 산화막과 접착하여 접착면을 형성하고, 상기 접착면과 각각의 측면이 이루는 각이 예각인 한쌍의 지지대를 가짐을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크.
- 제 1항에 있어서, 상기 부재는 그라인딩과 폴리싱으로 된 단위공정에 의해 형성되며, 상기 단위공정에서의 식각량에 따라 상기 부재의 두께를 조절함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크.
- 반도체장치 소자의 패턴을 형성하기 위한 마스크패턴단계를 가지는 반도체 장치에 있어서, 소정 두께를 가지는 제 1실리콘기판 일부에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 제 1산화막을 상기 흡수층 두께보다 두껍게 증착하는 단계; 마스크창보호층이 사방측면에 형성된 제 2실리콘기판을 상기 산화막과 접착시키는 단계; 상기 제 1실리콘기판을 박막화하는 단계; 상기 마스크창보호층 및 상기 제 2실리콘기판의 일부를 제거하여 마스크창을 형성하는 단계; 및 외부에 노출된 상기 마스크창보호층 및 상기 마스크패턴 위에 형성된 제 1산화막을 순차적으로 제거하여 상기 마스크패턴을 상기 엑스레이의 입사방향으로 노출시키는 단계를 구비함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 마스크창보호층은 산화막임을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 박막화단계가 그라인딩과 선택적 물리/화학적 폴리싱단계를 구비함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 박막화단계 후에 박막화된 제 1실리콘기판의 사방측면에 제 2산화막을 형성하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 마스크 패턴노출단계에서 외부에 노출된 상기 제 2산화막을 제거하는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 반도체장치의 마스크 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 제 2산화막은 열산화나 화학기상증착에 의해 형성됨을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조방법.
- 제 3, 7, 또는 8항에 있어서, 상기 박막화단계 이후에 접착의 특성을 개선시키기 위한 열처리가 더 구비됨을 특징으로 하는 반도체 장치의 마스크 제조방법.
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